[发明专利]一种原位生成尖晶石基纳米催化剂及其合成方法

说明书

本发明公开了一种原位生成尖晶石基纳米催化剂及其合成方法。所述尖晶石基纳米催化剂分子式为M@AB₂O₄，所述A为Mg,Zn，Ni，Co，Ca或Cu；B为Al，Mn，Cr，Bi，Co，Fe或Ga，M为Fe，Co，Ni，Ru，Pt，Pd，Rh，Ir，Mo或稀土元素Ln中的至少一种。先将A和B两种可溶性盐溶解在溶剂中，充分搅拌，再加入活性组分M的可溶性盐类，继续搅拌至溶解完全，使混合物生成纳米凝胶前体；再进行前体分解和原位分散即可。本发明方法步骤简单、成本低、产品质量高、适合大批量生产。同时制备得到的是纳米尺寸的尖晶石催化剂，比表面大、活性高、稳定性好，克服了商业尖晶石产品的缺陷。

技术领域

本发明涉及材料合成领域，尤其涉及一种原位生成尖晶石基纳米催化剂及其合成方法。

背景技术

近年来尖晶石类AB₂O₄材料,其中A为Mg,Zn,Ni,Co,Ca,Cu等,B为Al,Mn,Cr,Bi,Fe,Co,Ga等，在学术界和工业界都引起了广泛关注。由于其优良的理化性质，包括高熔点、高硬度、高机械强度等，而且稳定性高抗酸碱腐蚀，甚至在水热条件下也具有非常好的稳定性，因此其应用前景广阔。在催化领域，尖晶石类材料有望成为性能优良的催化剂或者载体材料。目前广泛使用的催化剂材料，例如γ-氧化铝，由于水热稳定性差限制了其应用范围。与之相比，尖晶石类材料具有更加优良的性能，能够满足不同工业条件的需求。然而，国内目前商业尖晶石材料主要应用于耐火材料，例如阻燃剂等。因为商业尖晶石产品通常比表面积很小，不适合催化剂制备。

按照传统的浸渍法制备尖晶石催化剂，第一步先生成尖晶石载体，第二步浸渍活性组分到载体上，然后加热活化再还原得到催化剂产品。传统共沉淀法一步生成尖晶石基催化剂目前还没有报道，所报道共沉淀法的往往用于生成简单氧化物基(氧化铝、氧化锆等)催化剂产品。通过加热分解直接生成的一种简单氧化物载体或两种以上简单氧化物混合载体。

发明内容

本发明的目的在于提供一种活性高、稳定性好的尖晶石基纳米催化剂分子式为M@AB₂O₄，还提供步骤简单、产品质量高、适合大批量生产的制备方法。

为实现上述目的，本发明提供一种尖晶石基纳米催化剂分子式为M@AB₂O₄，其特征在于，A、B、M均为金属；优选的，所述A为Mg,Zn，Ni，Co，Ca或Cu；所述B为Al，Mn，Cr，Bi，Co，Fe或Ga，所述M为Fe，Co，Ni，Ru，Pt，Pd，Rh，Ir，Mo或稀土元素Ln中的至少一种。

本发明还提供一种原位生成尖晶石基纳米催化剂的合成方法,其特征在于，所述尖晶石基纳米催化剂分子式为M@AB₂O₄，其中A、B、M均为金属；包括以下步骤：

多组分纳米凝胶前体的制备：将A和B两种可溶性盐溶解在溶剂中，充分搅拌，再加入活性组分M的可溶性盐类，继续搅拌至溶解完全，使混合物生成纳米凝胶前体；

前体分解和原位分散：加热上述所得的纳米凝胶前体，再将其于氢气气氛下还原得到尖晶石基纳米催化剂。所述加热分解前体过程中部分组分生成尖晶石，其余组分随着尖晶石的生成在其晶面上原位分散为活性组分。和浸渍法的分步分散不同，这种同步分散使得活性组分和尖晶石之间充分接触具有更强的相互作用。分解过程也不同于共沉淀法，共沉淀法生成的是简单氧化物或者其混合物，本发明生成的是复合尖晶石类氧化物。

进一步，所述A为Mg,Zn，Ni，Co，Ca或Cu；所述B为Al，Mn，Cr，Bi，Co，Fe或Ga，所述M为Fe，Co，Ni，Ru，Pt，Pd，Rh，Ir，Mo或稀土元素Ln中的至少一种。

进一步，所述多组分纳米凝胶前体的制备步骤中，所述溶剂为乙醇，丙醇，乙二醇，丙三醇和水中的至少一种。